Una mappa tridimensionale dell’Universo: la Statale nel progetto DESI

Una mappa tridimensionale dell'Universo, mai realizzata finora, attraverso la misura precisa delle  distanze di alcune decine di milioni  di galassie. E’ lo straordinario risultato raggiunto dal progetto cosmologico DESI  (Dark Energy Spectroscopic Instrument), una survey spettroscopica di galassie i cui risultati scientifici sono stati resi noti il 4 aprile scorso, in simultanea in Europa e negli Stati Uniti. Al progetto sta contribuendo anche l’Università Statale di Milano con il coinvolgimento di Davide Bianchi, ricercatore del dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli”, che ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo degli  strumenti statistici indispensabili per la buona riuscita dell’esperimento.  

Grazie ad un rivoluzionario spettrografo con 5mila piccoli robot che posizionano altrettante fibre ottiche, montato sullo storico telescopio Mayall del diametro di quattro metri installato presso l’osservatorio di Kitt Peak, in Arizona, DESI e` in grado di misurare in una sola notte lo spettro di più di 50mila galassie.  Dallo spostamento delle righe spettrali causato dall’espansione dell’Universo, il redshift, si risale alla distanza dell’oggetto, mappando grandi porzioni di Universo in tempi rapidi.

 In tre anni di osservazioni DESI ha misurato più di 40 milioni di distanze, consentendo di ricostruire con una precisione inferiore ad una parte su 100 come sia cambiata la velocità di espansione dell’Universo negli ultimi 11 miliardi di anni (su 13,8 della sua età stimata). Questa evoluzione è intimamente legata a uno dei più grandi misteri della fisica: la natura dell'energia oscura, l'ingrediente sconosciuto che sta facendo espandere il nostro universo sempre più velocemente. 

"Siamo molto orgogliosi di questi nuovi dati e dei risultati cosmologici ottenuti, che sono i primi ad emergere dalla nuova generazione di esperimenti sull'energia oscura", spiega Davide Bianchi.  “Quello che troviamo analizzando solamente un sottoinsieme dei dati del primo anno di osservazioni (circa 6 milioni di redshift) è una generale conferma del cosiddetto modello cosmologico standard, ma con alcune interessanti novità: l’energia oscura o, più precisamente, la sua equazione di stato, starebbe evolvendo nel tempo. Per ora possiamo solo parlare di indizi, e siamo ansiosi di iniziare l’analisi di tutti i dati relativi ai primi tre anni per poter confermare o smentire questa scoperta”.

Nel contempo, il satellite Euclid dell’Agenzia Spaziale  Europea in cui la Statale svolge importanti ruoli di coordinamento ha iniziato da qualche mese una mappatura complementare a quella di DESI e porterà prossimamente ad ulteriori novità. 

“Euclid e DESI sono due esperimenti simili, ma fortemente complementari – prosegue Davide Bianchi –. Da un lato le loro mappe spettroscopiche esplorano volumi di Universo a diverse epoche cosmiche, dall’altro Euclid aggiunge a queste la mappa della materia oscura ottenuta dall’effetto di “lente gravitazionale” che questa esercita sulle immagini delle galassie, un tipo di misura che può essere realizzato con alta precisione solo dallo spazio.  Avere a disposizione nei prossimi cinque anni i dati di entrambi questi due esperimenti permetterà di verificare con precisione e robustezza senza precedenti gli attuali indizi sulla natura dell’energia oscura.  E` indubbio che il nostro gruppo al Dipartimento di Fisica, grazie ai ruoli che copre in entrambi i progetti, si trova in una posizione ottimale per poter essere protagonista in questa entusiasmante avventura.” 
 

Nell'immagine: DESI ha realizzato la più grande mappa ad oggi disponibile dell’Universo. L’immagine mostra una sezione bidimensionale della mappa 3D completa, con la Terra al centro. Nell’ingrandimento, corrispondente all’Universo vicino, si può apprezzare l’intricata rete cosmica, detta Struttura a Grande Scala, formata dalle galassie sotto l’azione della forza di gravità e dell’energia oscura (Claire Lamman/DESI Collaboration).